DE2649606A1

DE2649606A1 - Purification of exhaust gases using platinum-rhodium catalysts - with fuel-air ratio controlled by gas compsn.

Info

Publication number: DE2649606A1
Application number: DE19762649606
Authority: DE
Inventors: Eiji Kawasaki
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1975-11-01
Filing date: 1976-10-29
Publication date: 1977-05-12

Abstract

Exhaust gases, esp. from vehicles, are purified with control of the excess air ratio lambda, (ratio of air in the mixt. to the stoichiometric level) within 0.95-1.10, and contact of the exhaust gases at 250-850 degrees C with a catalyst contg. 0.07-0.14 wt.% Pt and 0.004-0.035 wt.% Rh or a granular, refractory carrier of Al2O3, SiO2 or Al silicate. Half-cycle time of variation of lambda from the optimum valve of 1.0 is 0.2-0.5 s. The fuel-air ratio is controlled by an electrical signal from a sensor in the exhaust gas stream. Over 80% oxidn. of hydrocarbons and CO, and redn. of NOx is achieved under variable driving conditions. Pref. the total vol. of catalyst is 80-150% of the engine capacity. The carrier is Al2O3 with average particle size 1.5-3.5 mm contg. 0.07-0.14 wt.% Pt and 0.004-0.029% Rh. lambda is maintained within 0.97-1.05 and the half cycle time is 0.3-0.5 s.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Method and device for

katalytischen Entfernen von schädlichen Bestandteilen aus Auspuffgasen einer Brennkraftmaschine Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum katalytischen Umwandeln von Kohlenwasserstoffen, Kohlenmonoxyd und Stickoxyden in Auspuffgasen einer Brennkraftmaschine in unschädliche Substanzen vor der Abgabe an die Atmosphäre. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs und des ersten Vorrichtungsanspruchs. catalytic removal of harmful components from exhaust gases of an internal combustion engine The invention relates to a method and a device for the catalytic conversion of hydrocarbons, carbon monoxide and nitrogen oxides in the exhaust gases of an internal combustion engine into harmless substances before delivery to the atmosphere. In particular, the invention relates to a method and an apparatus according to the preamble of the main claim and the first device claim.

Es sind verschiedene Verfahren zu einer möglichst weitgehenden Verringerung der Anteile an Kohlenwasserstoffen (HC), Kohlenmonoxyd (CO) und Stickoxyden (NOx) in Auspuffgasen einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen worden. Von diesen Verfahren hat sich die katalytische Umwandlung der schädlichen Bestandteile in dem Auspuffsystem als vielversprechend und praktikabel erwiesen.There are various methods of reducing this as much as possible the proportions of hydrocarbons (HC), carbon monoxide (CO) and nitrogen oxides (NOx) in exhaust gases an internal combustion engine has been proposed. Of these processes, the catalytic conversion of the harmful constituents has become Proven promising and practical in the exhaust system.

Bekannte katalytische Konverter zur Emissionssteuerung, insbesondere im Hinblick auf Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschinen, lassen sich im wesentlichen in zwei Typen unterteilen, nämlich Doppelbettkonverter und Einbettkonverter.Known catalytic converters for emission control, in particular with regard to motor vehicle internal combustion engines, can essentially be found in divide into two types, namely double bed converters and single bed converters.

Bei Doppelbettkonvertern werden zwei Arten von Katalysatoren verwendet, nämlich ein Katalysator zur Umwandlung von NOx in einer reduzierenden Atmophäre und ein anderer Katalysator zur Oxydation von HC und CO unter Einführung von Sekundärluft in das Auspuffgas. Im allgemeinen besteht bei Doppelbettkonvertern der Nachteil, daß die Katalysatoren sehr teuer und von geringer Haltbarkeit sind. Bei Einbettkonvertern wird ein Katalysator verwendet, der als "Dreiwege-Katalysator" bezeichnet werden kann und der gleichzeitig die Reduktion von NOx und die Oxydation von HC und CO katalysiert, sofern die Zusammensetzung des Auspuffgases in einem geeigneten Bereich gehalten wird. Die Steuerung der Auspuffgaszusammensetzung kann erreicht werden durch Steuerung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses eines brennbaren Gemisches, das der Maschine zugeführt wird. Die Konversionsrate gibt an, in welchem Prozentsatz NOx, HC und CO, die anfänglich in dem Auspuffgas enthalten waren, umgewandelt worden sind, d.h. reduziert worden sind für NOx, und oxydiert worden sind für HC und CO. Wenn ein Dreiwege-Katalysator als einzige oder wesentliche Einrichtung für die Emissionssteuerung verwendet wird, ist es sehr wesentlich, das Luft-Brennstoff-Verhältnis auf einem vorbestimmten Wert in der Nähe des stöchiometrischen Verhältnisses mit geringfügigen Abweichungen zu halten. Folglich ist es notwendig, die Funktion derjenigen Vorrichtung, die das Luft-Brennstoff-Verhältnis regelt, wie etwa eines Vergasers oder eines Brennstoffeinspritzsystems, mit einer Rückkoppelungssteuerung zu steuern. Es ist bekannt, daß ein Luft-Brennstoff-Verhältnis, das sich in der Brennkraftmaschine ergibt, geschätzt werden kann aus der Konzentration eines bestimmten Bestandteiles des Auspuffgases, wie beispielsweise 02, HC, CO, C02 oder NOx. Es gibt verschiedene Auspuffgassensoren, die ein elektrisches Signal erzeugen, das der abgetasteten Konzentration dieses ausgewählten Bestandteils entspricht, beispielsweise Sauerstoffsensoren in der Form-von Konzentrationszellen mit einem festen Elektrolyten.Two types of catalysts are used in double bed converters, namely, a catalyst for converting NOx in a reducing atmosphere and another catalyst for the oxidation of HC and CO with the introduction of secondary air into the exhaust gas. In general, double bed converters have the disadvantage that the catalysts are very expensive and of poor durability. With embed converters a catalyst referred to as a "three-way catalyst" is used can and at the same time the reduction of NOx and the oxidation of HC and CO catalyzed, provided the composition of the exhaust gas is in a suitable range is held. Control of the exhaust gas composition can be achieved by controlling the air-fuel ratio of a combustible mixture that is fed to the machine. The conversion rate indicates the percentage NOx, HC and CO initially contained in the exhaust gas have been converted i.e. have been reduced for NOx and oxidized for HC and CO. When a three-way catalytic converter is the only or essential device for emission control is used, it is very essential to have the air-fuel ratio on one predetermined value close to the stoichiometric ratio with slight To keep deviations. Consequently, it is necessary to ensure that the device which regulates the air-fuel ratio, such as a carburetor or one Fuel injection system to control with a feedback control. It is known that an air-fuel ratio, which is in the internal combustion engine results can be estimated from the concentration of a certain component of the exhaust gas, such as O2, HC, CO, C02 or NOx. There are different Exhaust gas sensors that generate an electrical signal indicative of the sensed concentration this selected component corresponds, for example oxygen sensors in the form of concentration cells with a solid electrolyte.

Wenn die Vorrichtung zur Herstellung des Luft-Brennstoff-Gemisches ein Vergaser ist, kommt als typische Rückkoppelungssteuerung zur Regelung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses ein elektromagnetisches Ventil in Betracht, das so angeordnet ist, daß es den Strömungsdurchsatz der Luft und/oder des Brennstoffs regelt, und eine arithmetische Operationsschaltung, die dem elektromagnetischen Ventil ein Steuersignal auf der Basis eines Signals des Auspuffgassensors zuführt. Eine Rückkopplungssteuerung dieser Art soll im folgenden als ECC-System (elektronisch gesteuerter Vergaser) bezeichnet werden. Im Falle einer Brennstoffeinspritzung liefert die arithmetische Operationsschaltung ein Steuersignal an eine Antriebsschaltung zur Betätigung eines elektrisch betätigbaren Brennstoff-Einspritzorgans. Ein elektronisches Brennstoff-Einspritzsystem dieser Art soll im folgenden als EFI-System bezeichnet werden. Eine Abweichung des tatsächlichen Luft-Brennstoff-Verhältnisses von dem stöchiometrischen Verhältnis wird zweckmäßig als Luftzahl oder Oberschußluftfaktor} bezeichnet, der definiert ist als Verhältnis eines tatsächlichen Luft-Brennstoff-Verhältnisses zu dem stöchiometrischen Verhältnis. Das Luft-Brennstoff-Verhältnis eines Brennstoffgemisches, das der Maschine zugeführt wird, kann in der Nähe oder auf dem stöchiometrischen Verhältnis , bei dem vX gleich Null ist, mit hoher Präzision durch Verwendung eines ECC-Systems oder EFI-Systems festgehalten werden, wenn die Maschine gleichmäßig oder in normalem Fahrbetrieb läuft, so daß ein nahezu unveränderlich zusammengesetztes Auspuffgas entsteht. In Übergangs zuständen, wie etwa bei der Beschleunigung oder Verzögerung, ist es jedoch praktisch nicht möglich, den Überschußluftfaktor beispielsweise exakt auf 1,0 zu halten, da die Zusammensetzung des Auspuffgases raschen und erheblichen Änderungen mit einer Änderung der Last der Brennkraftmaschine unterliegt. Selbst bei einer sehr präzisen Steuerung mit Hilfe eines ECC-Systems ändert sich das Luft-Brennstoff-Verhältnis unvermeidlich in zyklischer Weise zu beiden Seiten des stöchiometrischen Verhältnisses innerhalb eines Bereiches von { x von etwa 0,95 bis etwa 1,10. Im allgemeinen ist die Präzision der Steuerung etwas besser bei einem EFI-System, jedoch ist auch hier eine zyklische Fluktuation des Wertes Dk von etwa 0,97 bis etwa 1,05 unvermeidlich. Außerdem ändert sich die Durchschnittsperiode des Fluktuationszyklus erheblich in Abhängigkeit von verschiedenen Faktoren, wie etwa dem Betriebszustand der Maschine und die Ansprechzeit des Auspuffgassensors und des elektromagnetischen Ventils des Steuersystems.When the device for producing the air-fuel mixture is a carburetor, the typical feedback control is to regulate the air-fuel ratio an electromagnetic valve into consideration, which is arranged so that it the flow rate regulates air and / or fuel, and an arithmetic operation circuit, giving the electromagnetic valve a control signal based on a signal of the exhaust gas sensor. A feedback control of this type is described below as an ECC system (electronically controlled carburetor). In case of a Fuel injection, the arithmetic operation circuit supplies a control signal to a drive circuit for actuating an electrically actuatable fuel injector. An electronic fuel injection system of this type is hereinafter referred to as an EFI system are designated. A deviation in the actual air-fuel ratio of the stoichiometric ratio is expediently used as the air ratio or excess air factor} which is defined as a ratio of an actual air-fuel ratio to the stoichiometric ratio. The air-fuel ratio of a fuel mixture, that is fed to the machine can be close to or on the stoichiometric Ratio where vX is zero, with high precision Using an ECC system or EFI system to be held when the machine runs smoothly or in normal driving mode, so that a nearly invariable composite exhaust gas is produced. In transitional states, such as the Acceleration or deceleration, however, it is practically impossible to use the excess air factor for example to keep exactly at 1.0, since the composition of the exhaust gas rapid and significant changes with a change in the load on the internal combustion engine subject. Even with a very precise control with the help of an ECC system the air-fuel ratio inevitably changes in a cyclical manner both sides of the stoichiometric ratio within a range of {x from about 0.95 to about 1.10. In general, it is the precision of the control somewhat better with an EFI system, but here too there is a cyclical fluctuation of the value Dk of about 0.97 to about 1.05 is inevitable. In addition, the changes Average period of the fluctuation cycle significantly depending on different Factors such as the operating condition of the engine and the response time of the exhaust gas sensor and the electromagnetic valve of the control system.

Das Luft-Brennstoff-Verhältnis ändert sich außerdem in bestimmtem Maße durch den Einfluß verschiedener Faktoren unabhängig von dem ECC- oder dem EFI-System, wie etwa dem Atmosphärendruck, der Umgebungstemperatur und der Brennstofftemperatur, da die physikalischen Eigenschaften, wie etwa das spezifische Gewicht und die Viskosität von Luft und Brennstoff von diesen Faktoren abhängen.The air-fuel ratio also changes in a certain way Dimensions due to the influence of various factors regardless of the ECC or EFI system, such as the atmospheric pressure, the ambient temperature and the fuel temperature, as the physical properties such as specific gravity and viscosity of air and fuel depend on these factors.

Aus den oben angegebenen Gründen ist bisher eine Kombination des ECC- oder EFI-Systems mit einem Drei-Wege-Katalysator in der Praxis insoweit nicht vollständig erfolgreich gewesen, als es darum ging, mehr als 80 % des Anteils von HC, CO und NOx aus den Auspuffgasen einer Brennkraftmaschine zu entfernen.For the reasons given above, a combination of the ECC- or EFI systems with a three-way catalytic converter are not complete in practice been successful when it came to more than 80% of the proportion of HC, CO and To remove NOx from the exhaust gases of an internal combustion engine.

Die Anmelderin hat eine Reihe von Untersuchungen über die Fähigkeit eines Dreiwege-Katalysators unter der Voraussetzung durchgeführt, daß der Überschußluftfaktor r'\~ eines brennbaren Gemisches, das einer Brennkraftmaschine zugeführt wurde, unvermeidlich einer zyklischen Änderung innerhalb des Bereiches von 0,95 bis 1,10 unterliegt und eine Aufrechterhaltung auf 1,0 beabsichtigt ist. Es hat sich gezeigt, daß der Dreiwege-Katalysator eine Zusammensetzung innerhalb eines spezifischen Bereiches haben sollte, wenn gleichzeitig HC, CO und NOx mit individuellen Umwandlungsratem von über 80 % umgewandelt werden sollen.Applicant has conducted a number of studies on the capability a three-way catalyst with the proviso that the excess air factor r '\ ~ of a combustible mixture that has been fed to an internal combustion engine is unavoidable is subject to a cyclical change within the range from 0.95 to 1.10 and it is intended to maintain it at 1.0. It has been shown that the three-way catalyst should have a composition within a specific range, if at the same time HC, CO and NOx can be converted with individual conversion rates of over 80% should.

tls hat sich weiterhin ergeben, daß das Luft-Brennstoff-Verhältnis vorzugsweise so gesteuert wird, daß das Maximum der Periode von JK entweder oberhalb oder unterhalb von 1,0 einer spezifischen Länge liegt.tls has also been found that the air-fuel ratio is preferably controlled so that the maximum of the period of JK is either above or below 1.0 of a specific length.

Bekannte Dreiwege-Katalysatoren umfassen Platin und Rhodium als Katalysatorkomponenten, und der Anteil von Rhodium zu Platin ist in weitem Umfange angegeben worden. Beispielsweise wird in der veröffentlichten japanischen Patentanmeldung Nr. 48 (1973) - 63893 ausgeführt, daß das Verhältnis von Rhodium zu Platin bei bis zu 20 Gew.. -% liegen soll. Die Anmelderin hat festgestellt, daß ein derartig weiter Zusammensetzungsbereich des Dreiwege-Katalysators zu viele Zusammensetzungen einschließt, die in der Praxis ungeeignet zur Erzielung einer Auspuffgasregelung bestimmter Qualität sind.Known three-way catalysts include platinum and rhodium as catalyst components, and the proportion of rhodium to platinum has been widely stated. For example is set forth in Published Japanese Patent Application No. 48 (1973) - 63893, that the ratio of rhodium to platinum should be up to 20 wt.%. the Applicant has found that such a wide compositional range of Three-way catalyst includes too many compositions that in practice are unsuitable for achieving exhaust gas control of a certain quality.

Die Erfingung ist darauf gerichtet, ein Verfahren zum wirksamen und gleichzeitigen Entfernen von HC, CO und NOx aus dem Auspuffgas einer Brennkraftmaschine unter Verwendung eines Dreiwege-Katalysators zu schaffen, der gleichzeitig die Reduktion von NOx und die Oxydation von HC und CO katalysiert.The invention is aimed at a method for effective and simultaneous removal of HC, CO and NOx from the exhaust gas of an internal combustion engine using a three-way catalyst to create the reduction of NOx and the oxidation of HC and CO catalyzed.

Weiterhin soll erfindungsgemäß eine Vorrichtung für eine Brennkraftmaschine geschaffen werden, die eine Rückkopplungssteuerung zur Aufrechterhaltung des Überschußluftfaktors eines der Brennkraftmaschine zugeführten Gemisches innerhalb eines spezifischen Bereiches und einen katalytischen Konverter mit einem Dreiwege-Katalysator umfaßt und ein wirksames Entfernen von HC, CO und NOx vor der Abgabe der Auspuffgase an die Atmosphäre gewährleistet.Furthermore, according to the invention, a device for an internal combustion engine is intended providing feedback control to maintain the excess air factor one of the internal combustion engine supplied mixture within a specific Area and includes a catalytic converter with a three-way catalyst and effective removal of HC, CO and NOx prior to releasing the exhaust gases the atmosphere guaranteed.

Die Erfindung ergibt sich im einzelnen aus dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs und des ersten Vorrichtungsanspruchs.The invention results in detail from the characterizing part of the main claim and the first device claim.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum gleichzeitigen Entfernen von NOx, HC und CO aus dem Auspuffgas umfaßt folgende Schritte: Der Überschußluftfaktor eines Gemisches aus Luft und einem Kohlenwasserstoff-Brennstoff, das der Brennkraftmaschine zugeführt wird, wird innerhalb eines Bereiches von o,95 bis 1,10 gehalten, und das Auspuffgas wird bei Temperaturen zwischen 250 und 8500 C mit einem Katalysator in Berührung gebracht, der im wesentlichen aus o,o7 bis o,14 Gew.-% Platin, o,oo4 bis o,o35 Gew.-% Rhodium und im übrigen aus einem granulatförmigen Träger aus einem hitzebeständigen Material der Gruppe Aluminiumoxid, Siliciumoxid und Aluminiumsilikat besteht.The inventive method for the simultaneous removal of NOx, HC and CO from the exhaust gas comprises the following steps: The excess air factor one Mixture of air and a hydrocarbon fuel used in the internal combustion engine is kept within a range of o.95 to 1.10, and that Exhaust gas is in at temperatures between 250 and 8500 C with a catalyst Brought contact, which consists essentially of o, o7 to o, 14 wt .-% platinum, o, oo4 to o, o35 wt .-% rhodium and the rest of a granular carrier made of a heat-resistant material belonging to the group of aluminum oxide, silicon oxide and aluminum silicate consists.

Der Überschußluftfaktor wird vorzugsweise derart gesteuert, daß er eine periodische Änderung um 1,o herum innerhalb des oben angegebenen Bereiches erfährt, sofern er nicht konstant 1,o ist, und daß die Periode des Halbzyklus der Fluktuation, in welchem Halbzyklus der Überschußluftfaktor entweder oberhalb oder unterhalb 1,o bleibt, im Bereich von o,2 bis o,5 sec. liegt. Das Gesamtvolumen des Katalysators liegt vorzugsweise im Bereich von 80 bis 150 % des Hubraumes der Brennkraftmaschine.The excess air factor is preferably controlled so that it a periodic change around 1.0 within the range given above learns, provided it is not constant 1, o, and that the period of the half cycle of Fluctuation in which half cycle the excess air factor is either above or remains below 1.0, in the range from 0.2 to 0.5 seconds. The total volume of the The catalyst is preferably in the range from 80 to 150% of the cubic capacity of the Internal combustion engine.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt eine Brennkraftmaschine, eine elektrisch gesteuerte Dosiereinrichtung für Luft und Brennstoff, die so aufgebaut und eingestellt ist, daß sie ein Gemisch aus Luft und einem Kohlenwasserstoff-Brennstoff der Maschine zuführt, einen katalytischen Konverter, der ein Teil der Auspuffleitung der Brennkraftmaschine darstellt und im Innern den oben angegebenen Katalysator enthält, und eine Rückkopplungssteuerung zur Regelung des Betriebs der Dosiereinrichtung in der Weise, daß der Überschußluftfaktor innerhalb des angegebenen Bereichs gehalten wird. Die Rückkopplungssteuerung umfaßt im einzelnen einen Auspuffgassensor in der Auspuffleitung in einem Bereich stromaufwärts des katalytischen Konverters zur Erzeugung eines elektrischen Signals, das der Konzentration eines Bestandteiles des Auspuffgases entspricht, welche Konzentration abhängig ist von dem Überschußluftfaktor des Gemisches aus Luft und Kohlenwasserstoff-Brennstoff, und eine elektronische Steuerschaltung zur Erzeugung eines Steuersignals entsprechend dem elektrischen Signal des Auspuffgassensors.A device according to the invention comprises an internal combustion engine, an electrically controlled metering device for air and fuel built in this way and set to be a mixture of air and a hydrocarbon fuel to the engine, a catalytic converter which is part of the exhaust pipe represents the internal combustion engine and inside the catalyst specified above and a feedback control for regulating the operation of the metering device in such a way that the excess air factor is kept within the specified range will. The feedback control specifically includes an exhaust gas sensor in FIG Exhaust line in an area upstream of the catalytic converter for generation an electrical signal indicative of the concentration of a component in the exhaust gas corresponds to which concentration depends on the excess air factor of the mixture made of air and hydrocarbon fuel, and an electronic control circuit for generating a control signal in accordance with the electrical signal of the exhaust gas sensor.

Wenn die Dosiereinrichtung für das Luft-Brennstoff-Gemisch ein Vergaser ist, umfaßt die Rückkopplungskontrolle wenigstens ein-elektromagnetisches Ventil zur Steuerung des Luftstromes durch eine Luftdüse des Vergasers und/oder des Brennstoffstromes durch einen Brennstoffkanal des Vergasers, und das Steuersignal beeinflußt die Arbeitsweise des elektromagnetischen Ventils. Alternativ kann die Dosiereinrichtung für das Luft-Brennstoff-Gemisch eim elektrisch gesteuerte Einspritzeinrichtung sein.If the metering device for the air-fuel mixture is a carburetor the feedback control comprises at least one electromagnetic valve to control the air flow through an air nozzle of the carburetor and / or the fuel flow through a fuel channel of the carburetor, and the control signal influences the operation of the electromagnetic valve. Alternatively, the metering device for the air-fuel mixture eim electrically controlled injector.

Das Steuersignal ist vorzugsweise ein Impulssignal mit veränderlicher Impulsdauer, die durch Modulation eines oszillierenden Signals entsprechend einem Primär-Steuersignal erzeugt wird, das sich durch Integration und/oder Multiplikation des Ausgangssignals des Auspuffgassensors, etwa eines Sauerstoffsensors in Konzentrationszellen-Bauweise ergibt.The control signal is preferably a pulse signal with variable Pulse duration obtained by modulating an oscillating signal according to a Primary control signal generated that is achieved through integration and / or Multiplication of the output signal from the exhaust gas sensor, such as an oxygen sensor in concentration cell construction results.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.The following are preferred embodiments of the invention explained in more detail with reference to the accompanying drawing.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem ECC-System und einem katalytischen Konverter; Fig. 2 ist ein Blockdiagramm der elektronischen Steuerschaltung für das ECC-System in Figur 1; Fig. 3 zeigt fünf Diagramme zur Veranschaulichung der Wellenform des Ausgangssignals des Auspuffsensors des ECC-Systems der Figur 1, des Ausgangssignals von drei Unterschaltungen der elektronischen Steuerschaltung der Figur 2 und des Ausgangssignals der Steuerschaltung; Fig. 4 ist ein Schaltdiagramm der Steuerschaltung der Figur 2; Fig. 5 - Fig. 8 sind Diagramme zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen der Arbeitsweise des ECC-Systems und der Zusammensetzung und Menge des Dreiwege-Katalysators in dem Konverter der Figur 1; Fig. 9 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen dem Hubraum der Brennkraftmaschine und der optimalen Menge des Katalysators in dem Konverter der Figur 1; Fig. 1o zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung der Abhängigkeit der Wirkung des Dreiwege-Katalysators von der Zusammensetzung des Katalysators bei Verwendung in Zusammenhang mit der Vorrichtung der Figur 1; Fig. 11 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung des Änderungsgrades des Überschlußluftfaktors bei dem ECC-System der Figur 1 im Vergleich mit einem Vergaser ohne äußeres Steuersystem für das Luft-Brennstoff-Verhältnis; Fig. 12 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit EFI-System und einem katalytischen Konverter; Fig. 13 ist ein Blockdiagramm der elektronischen Steuerschaltung des EFI-Systems der Figur 12; Fig. 14 ist ein Blockdiagramm einer arithmetischen Operationsschaltung als Teil der Steuerschaltung der Figur 13; Fig. 15 zeigt drei Diagramme zur Veranschaulichung der Wellenform des Ausgangssignals eines Luftansaugsensors des EFI-Systems, des Ausgangssignals einer Unterschaltung der Operationsschaltung und des Ausgangssignals der Operationsschaltung; Fig. 16 ist ein Diagramm zur Darstellung des Fluktuationsgrades des Überschußluftfaktors des EFI-Systems der Figur 12; Fig. 17 - Fig. 20 sind Diagramme zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen der Wirkungsweise des EFI-Systems und der Zusammensetzung und Menqe des Katalysators in dem Konverter der Figur 12; Fig. 21 ist ein Diagramm zur Darstellung der Beziehung zwischen dem Hubraum der Brennkraftmaschine und der optimalen Menge des Katalysators in dem Konverter der Figur 12; Fig. 22 zeigt in einem Diagramm die Abhängigkeit der Wirkung des Dreiwege-Katalysators von der Zusammensetzung des Katalysators bei Verwendung in Zusammenhang mit der Vorrichtung der Figur 12. Fig. 1 is a schematic representation of one according to the invention Device with an ECC system and a catalytic converter; Fig. 2 is a Block diagram of the electronic control circuit for the ECC system in Figure 1; Fig. 3 shows five diagrams to illustrate the waveform of the output signal of the exhaust sensor of the ECC system of Figure 1, the output of three subcircuits the electronic control circuit of Figure 2 and the output signal of the control circuit; Figure 4 is a circuit diagram of the control circuit of Figure 2; Figures 5-8 are Diagrams to illustrate the relationship between the way of working the ECC system and the composition and amount of the three-way catalyst in the Converter of Figure 1; Fig. 9 is a diagram for illustrating the relationship between the cubic capacity of the internal combustion engine and the optimal amount of the catalytic converter in the converter of Figure 1; Fig. 1o shows a diagram to illustrate the Dependence of the effect of the three-way catalyst on the composition of the catalyst when used in connection with the device of Figure 1; Fig. 11 is a Diagram to illustrate the degree of change in the excess air factor at the ECC system of Figure 1 in comparison with a carburetor without an external control system for the air-fuel ratio; Fig. 12 shows schematically an inventive Device with EFI system and a catalytic converter; Fig. 13 is a block diagram of the electronic control circuit of the EFI system of FIG Figure 12; Fig. 14 is a block diagram of an arithmetic operation circuit as part of the control circuit of Figure 13; Fig. 15 shows three diagrams for illustrative purposes the waveform of the output signal of an air intake sensor of the EFI system, des Output signal of a sub-circuit of the operational circuit and the output signal the operation circuit; Fig. 16 is a diagram showing the degree of fluctuation the excess air factor of the EFI system of Figure 12; Figures 17-20 are diagrams to illustrate the relationship between how the EFI system works and the composition and amount of the catalyst in the converter of Figure 12; Fig. 21 is a diagram showing the relationship between the displacement of the internal combustion engine and the optimal amount of catalyst in the converter of Figure 12; Fig. 22 shows in a diagram the dependence of the effect of the three-way catalyst on the Composition of the catalyst when used in connection with the device of Figure 12.

Die in Figur 1 gezeigte Brennkraftmaschine 10 ist mit einem Vergaser 12 ausgerüstet, der ein brennbares Gemisch aus Luft und einem Kohlenwasserstoff-Brennstoff wie etwa Benzin erzeugt, wie es allgemein üblich ist. Ein katalytischer Konverter 16, der einen Dreiwege- oder Dreifach-Katalysator enthält, nimmt einen Mittelbereich eines Auspuffrohres 14 der Brennkraftmaschine 10 ein. Ein Sauerstoffsensor 18 in Konzentrationszellen-Bauweise dient als Beispiel eines Auspuffgassensors zum Abtasten der Konzentration eines bestimmten Bestandteils des Auspuffgases der Brennkraftmaschine 10. Diese Konzentration hängt ab von dem Überschußluftfaktor ,\ des brennbaren Gemisches, das in der Maschine 10 verbrannt wird. Der Sauerstoffsensor 18 ist in dem Auspuffrohr 14 in einem Bereich stromaufwärts des katalytischen Konverters 16 angebracht. Eine elektronische Rückkopplungssteuerung oder Steuerschaltung 20 eines ECC-Systems zur Aufrechterhaltung des Überschußluftfaktors \ auf einem bestimmten Wert nimmt das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors 18 auf und erzeugt ein Steuersignal auf der Basis dieses Signals, das wiederum ein elektromagnetisches Ventil 22 betätigt. In dem dargestellten ECC-System steuert das elektromagnetische Ventil 22 entweder den Durchsatz der Brennstoffzufuhr oder denjenigen der dem Brennstoff zugesetzten Luft in dem Vergaser 12, so daß der Überschußluftfaktor es des brennbaren Gemisches des Vergasers 12 geregelt wird. Im Falle der Steuerung der Luftzufuhr steuert das elektromagnetische Ventil 22 vorzugsweise den Eintritt von Luft durch eine Hilfsluftdüse, die von der üblichen Hauptluftdüse abzweigt.The internal combustion engine 10 shown in Figure 1 has a carburetor 12 equipped with a combustible mixture of air and a hydrocarbon fuel such as gasoline, as is common practice. A catalytic converter 16, which contains a three-way or triple catalyst, occupies a central area an exhaust pipe 14 of the internal combustion engine 10. An oxygen sensor 18 in Concentration cell design serves as an example of an exhaust gas sensor for sampling the concentration of a certain component of the exhaust gas of the internal combustion engine 10. This concentration depends on the excess air factor \ of the combustible mixture, which is burned in the engine 10. The oxygen sensor 18 is in the exhaust pipe 14 mounted in an area upstream of the catalytic converter 16. One electronic feedback control or control circuit 20 of an ECC system for Maintaining the excess air factor \ at a certain value takes this Output signal of the oxygen sensor 18 and generates a control signal on the The basis of this signal, which in turn actuates an electromagnetic valve 22. In the illustrated ECC system, the electromagnetic valve 22 controls either the Throughput of the fuel supply or that of the dem fuel added air in the carburetor 12, so that the excess air factor it of the combustible Mixture of the carburetor 12 is regulated. In the case of controlling the air supply the electromagnetic valve 22 preferably controls the entry of air an auxiliary air nozzle that branches off the usual main air nozzle.

In einem bevorzugten Beispiel besteht die Steuerschaltung 20 des ECC-Systems aus verschiedenen Untersnhaltungen, wie es in Figur 2 gezeigt ist. Eine Abweichungs-Abtastschaltung 24 nimmt das Ausgangssignal E des Sauerstoffsensors 18 auf und erzeugt ein Ausgangssignal D, das einerAbweichung der Amplitude des Eingangssignals E von einer vorgegebenen Amplitude oder einer Vergleichs spannung M entspricht. Das Ausgangssignal D der Abtastschaltung 20 gelangt an eine Steuersignalschaltung26, die ein Steuersignal C durch Integration oder Multiplikation des Signals D erzeugt oder alternativ sowohl eine Integration als auch eine Multiplikation durchführt und sodann die Ergebnisse addiert. Eine Modulationsschaltung 28 nimmt das Steuersignal C und das Ausgangssignal in-einer Oszillationsschaltung 30 auf, die kontinuierlich ein definiertes Signal wie etwa ein Dreieckwellensignal S abgibt und ein Impulssignal P durch Modulation des Dreieckwellensignals S entsprechend dem Steuersignal C erzeugt. Eine Erregerschaltung 32 nimmt das Impulssignal P auf und verstärkt dieses und betätigt das elektromagnetische Ventil 22 mit dem verstärkten Impulssignal P'.In a preferred example, there is control circuit 20 of the ECC system from various discussions, as shown in FIG. A deviation sensing circuit 24 receives the output signal E of the oxygen sensor 18 and generates an output signal D, which is a deviation of the amplitude of the input signal E from a predetermined one Amplitude or a comparison voltage M corresponds. The output signal D of the Sampling circuit 20 is applied to a control signal circuit 26, which is a control signal C generated by integrating or multiplying the signal D, or alternatively both performs an integration as well as a multiplication and then the results added. A modulation circuit 28 takes the control signal C and the output signal in-an oscillation circuit 30, which continuously sends a defined signal such as a triangular wave signal S and a pulse signal P by modulation of the triangular wave signal S corresponding to the control signal C is generated. An excitation circuit 32 picks up and amplifies the pulse signal P and operates the electromagnetic one Valve 22 with the amplified pulse signal P '.

Eine Temperatur-Kompensationsschaltung 34 ist in Verbindung mit der Abtastschaltung 24 vorgesehen und ändert die Vergleichsspannung M beispielsweise in Abhängigkeit von der Maschinentemperatur. Das Ausgangssignal D der Abweichungs-Abtastschaltung 24 gelangt an eine Monitorschaltung 36, die das Auftreten einer Fluktuation des Ausgangssignals D der Abtastschaltung 24 und folglich die Funktionsart des ECC-Systems anzeigt. Eine Leerlauf-Kompensationsschaltung 38 dient zur Änderung der Ausgangssignale der Steuersignalschaltung 26, wenn die Brennkraftmaschine 10 im Leerlauf läuft.A temperature compensation circuit 34 is in communication with FIG Sampling circuit 24 is provided and changes the comparison voltage M, for example depending on the machine temperature. The output signal D of the deviation sensing circuit 24 is applied to a monitor circuit 36, the occurrence of a fluctuation of the Output signal D of Sampling circuit 24 and hence the mode of operation of the ECC system. An idle compensation circuit 38 is used to change of the output signals of the control signal circuit 26 when the internal combustion engine 10 idling.

Gemäß Figur 3 weist das Ausgangssignal des Sauerstoffsensors 18 eine Wellenform gemäß der Darstellung a auf, wenn der Überschußluftfaktor #\ des brennbaren Gemisches und damit Sauerstoffkonzentration in dem Auspuffgas periodisch geändert wird. Wenn die Abweichungs-Abtastschaltung 24 im wesentlichen ein Komparator ist, weist das Ausgangssignal D, das sich durch die Änderung des Eingangssignals E gemäß Figur a ergibt, in bezug auf die Vergleichs spannung M die Form eines Impulssignals gemäß der Darstellung b auf.According to Figure 3, the output signal of the oxygen sensor 18 has a Waveform as shown in a when the excess air factor # \ of the combustible Mixture and thus oxygen concentration in the exhaust gas changed periodically will. If the deviation sampling circuit 24 is essentially a comparator, has the output signal D, which is determined by the change in the input signal E according to Figure a shows, with respect to the comparison voltage M, the form of a pulse signal according to the representation b.

Dieses Impulssignal D weist eine konstante Amplitude und eine veränderliche Dauer auf, und die Impulsdauer hängt ab von der Länger der Zeit, während der das Ausgangssignal E des Sauerstoffsensors 18 eine größere Amplitude als die Vergleichsspannung M besitzt. Wenn die Steuersignalschaltung 26 eine Integration, Multiplikation und Addition der Ergebnisse durchführt, weist das Steuersignal C, das dem Impulssignal D der Darstellung b entspricht, eine Wellenform gemäß c auf.This pulse signal D has a constant amplitude and a variable one Duration on, and the pulse duration depends on the length of time during which the Output signal E of the oxygen sensor 18 has a greater amplitude than the comparison voltage M owns. When the control signal circuit 26 performs integration, multiplication and Adding the results, assigns the control signal C, which is the pulse signal D corresponds to representation b, has a waveform according to c.

Dieses Steuersignal C weist eine Integralkomponente C1 und eine Proportionalkomponente C2 auf. Die Gradienten CC und der Integralkomponente C1 und die Höhe r der Proportionalkomponente C2 ändern sich durch das Ausgangssignal der Leerlauf-Kompensationsschaltung 38: Die Gradienten Clt und und die Höhe T werden verringert, wenn die Brennkraftmaschine 10 im Leerlauf läuft. In der Darstellung d ist die Wellenform des Steuersignals C in vergrößertem Maßstab zusammen mit der Wellenform der Dreieckwelle S gezeigt, die durch die Oszillationsschaltung 30 zugeführt wird. Die Modulationsschaltung 28 erzeugt ein Impulssignal P, das eine konstante Amplitude und eine veränderliche Dauer aufweist, wie es unter e gezeigt ist, und das erzeugt wird durch Modulation der Dreieckwelle S entsprechend dem Steuersignal C, wie sich aus einem Vergleich der Darstellungen d und e ergibt.This control signal C has an integral component C1 and a proportional component C2 on. The gradients CC and the integral component C1 and the height r of the proportional component C2 change due to the output signal of the idle compensation circuit 38: The gradients Clt and and the height T are reduced when the internal combustion engine 10 is idling. In illustration d is the waveform of the control signal C shown on an enlarged scale along with the waveform of triangular wave S, which is supplied by the oscillation circuit 30. The modulation circuit 28 generates a pulse signal P which has a constant amplitude and a variable Has duration, as shown under e, and which is produced by modulation the Triangular wave S corresponding to the control signal C, as can be seen from a comparison of the Representations d and e result.

Der Vergaser 12 und das elektromagnetische Ventil 22 sind beispielsweise so aufgebaut und angeordnet, daß das elektromagnetische Ventil 22 eingeschaltet oder offen bleibt und beispielsweise eine Vergrößerung des Zufuhrdurchsatzes der Luft durch die Hilfsluftdüse in den Brennstoff in dem Vergaser 12 bewirkt, während jeder aer verstärkten Impulse P' dem elektromagnetischen Ventil 22 zugeführt wird. Andererseits bleibt das elektromagnetische Ventil 22 ausgeschaltet oder geschlossen und der erwähnte Zufuhrdurchsatz der Luft wird verringert, wenn die Impulse P' fehlen. Alternativ kann das elektromagnetische Ventil 22 so aufgebaut sein, daß es den Brennstoffstrom durch einen Brennstoffkanal in dem Vergaser 12 steuert.The carburetor 12 and the electromagnetic valve 22 are, for example constructed and arranged so that the electromagnetic valve 22 is turned on or remains open and, for example, an increase in the feed rate of the Air through the auxiliary air nozzle is effected while in the fuel in the carburetor 12 each of the amplified pulses P 'is supplied to the electromagnetic valve 22. On the other hand, the electromagnetic valve 22 remains turned off or closed and the aforementioned air supply rate is reduced when the pulses P 'are absent. Alternatively, the electromagnetic valve 22 can be constructed to control the flow of fuel through a fuel passage in the carburetor 12.

Der genaue Schaltungsaufbau der elektronischen Steuerschaltung 20 ist in einem Beispiel in Figur 4 gezeigt.The detailed circuit structure of the electronic control circuit 20 is shown in an example in FIG.

Die Abweichungs-Abtastschaltung 24 umfaßt einen Widerstand 40 zur Bildung einer Ausgangsspannung E entsprechend dem Ausgangssignal des Sauerstoffsensors 18, einen Operationsverstärker 42, der das Ausgangssignal D erzeugt, das der Abweichung des Signals E von der Vergleichs spannung M entspricht, und einen Differenzverstärker, der aus drei Widerständen 44, 46 und 48 besteht. Die Abtastschaltung 24 umfaßt zwei Dioden 50, 52, die eine Schaltung zum Schutz des Differenzverstärkers gegen Stoß spannungen und andere Störspannungen bilden, und eine Begrenzungsschaltung, die aus einer Konstantspannungsschaltung besteht, die einen Widerstand 54 und eine Zener-Diode 56, zwei Dioden 58, 60, drei Widerstände 62, 64, 66 und einem Transistor 68 umfaßt.The deviation sensing circuit 24 includes a resistor 40 for Formation of an output voltage E corresponding to the output signal of the oxygen sensor 18, an operational amplifier 42 which generates the output signal D that of the deviation of the signal E corresponds to the comparison voltage M, and a differential amplifier, which consists of three resistors 44, 46 and 48. The sampling circuit 24 includes two Diodes 50, 52, which form a circuit for protecting the differential amplifier against shock voltages and other interference voltages, and a limiting circuit that consists of a constant voltage circuit comprising a resistor 54 and a Zener diode 56, two diodes 58, 60, three resistors 62, 64, 66 and a transistor 68.

Die Begrenzungsschaltung verhindert, daß die Ausgang~;uannung des Differenzverstärkers eine vorbestimmte Spannung schreitet.The limiting circuit prevents the output voltage of the Differential amplifier a predetermined voltage strides.

Die Temperatur-Kompensationsschaltung 34 weist einen Thermistor 70 auf, der seinen Widerstand entsprechend der Maschinentemperatur ändert, sowie vier Widerstände 72, 74, 76, 78, eine Diode 80 und einen Transistor 82. Eine änderung des Widerstandes des Thermistors 70 bewirkt eine linderung der vorbestimmten Spannung für den Differenzverstärker in der Abtastschaltung 24. Diese Kompensationsschaltung 34 dient zur zeitweiligen Absenkung des Luft-Brennstoff-Verhältnisses bei kalter Brennkraftmaschine 10, beispielsweise beim Kaltstart.The temperature compensation circuit 34 includes a thermistor 70 which changes its resistance according to the machine temperature, as well as four Resistors 72, 74, 76, 78, a diode 80 and a transistor 82. One change of the resistance of the thermistor 70 causes a relaxation of the predetermined voltage for the differential amplifier in the sampling circuit 24. This compensation circuit 34 is used to temporarily lower the air-fuel ratio when it is cold Internal combustion engine 10, for example during a cold start.

Die Monitorschaltung 36 weist eine licht-emittierende Diode 84 mit einem Widerstand 86, einem Transistor 88 und einem Widerstand 90 auf. Die Funktion der licht-emittierenden Diode 84 wird gesteuert durch die Amplitude des Ausgangssignals C der Abweichungs-Abtastschaltung 24, das an den Transistor 88 abgegeben wird.The monitor circuit 36 has a light-emitting diode 84 a resistor 86, a transistor 88 and a resistor 90. The function of the light emitting diode 84 is controlled by the amplitude of the output signal C of the deviation sensing circuit 24, which is output to the transistor 88.

Die Steuersignalschaltung 26 umfaßt eine Integrationsschaltung und eine Multiplikationsschaltung. Die Integrationsschaltung umfaßt eine Verzögerungsschaltung aus vier Widerständen 92, 94, 96, 98, zwei Dioden 100, 102, und einem Kondensator 103, der mit der Ausgangsspannung C der Abweichungs-Abtastschaltung 24 geladen wird, sowie eine Klemmschaltung aus vier Widerständen 104, 106, 108, 110 und vier Dioden 112, 114, 116, 148. Die Klemmschaltung klemmt und überträgt Maximal- und Minimalwerte des Ausgangssignals der Verzögerungsschaltung. Die Integrationsschaltung weist weiterhin eine Impedanzumformerschaltung auf, die aus einem Operationsverstärker 120, der ein Ausgangssignal durch Impedanzumformung des Ausgangssignals der Klemmschaltung, und einem Widerstand 122 besteht. Die Multiplikationsschaltung umfaßt einen Widerstand 124, der eine Spannung proportional zu der Ausgangs spannung D der Abweichungs-Abtastschaltung 24 erzeugt.The control signal circuit 26 includes an integration circuit and a multiplication circuit. The integration circuit includes a delay circuit of four resistors 92, 94, 96, 98, two diodes 100, 102, and a capacitor 103 charged with the output voltage C of the deviation sensing circuit 24, and a clamping circuit made up of four resistors 104, 106, 108, 110 and four diodes 112, 114, 116, 148. The clamp circuit clamps and transfers maximum and minimum values of the output signal of the delay circuit. The integration circuit still has an impedance converter circuit consisting of an operational amplifier 120, the an output signal by impedance conversion of the output signal of the clamp circuit, and a resistor 122. The multiplication circuit includes a resistor 124, which is a tension proportional to the output voltage D the deviation sensing circuit 24 is generated.

Die Leerlauf-Kompensationsschaltung 38 umfaßt zwei Transistoren 126, 128, einen Widerstand 130, zwei Dioden 132, 134 und einen Leerlaufschalter 136, der nur eingeschaltet wird, wenn die Brennkraftmaschine 10 im Leerlauf läuft.The open circuit compensation circuit 38 comprises two transistors 126, 128, a resistor 130, two diodes 132, 134 and an idle switch 136, which is only switched on when the internal combustion engine 10 is idling.

Wenn der Leerlaufschalter 136 geschlossen ist, bewirkt das Ausgangssignal der Kompensationsschaltung 38 eine Vergrößerung der Integrationszeitkonstanten der oben beschriebenen Integrationsschaltung, so daß eine Instabilität der gesteuerten Funktion des Vergasers 12 bei sehr langsamen Maschinendrehzahlen vermieden wird.When the idle switch 136 is closed, the output signal causes of the compensation circuit 38 an increase in the integration time constant of integration circuit described above, so that an instability of the controlled Function of the carburetor 12 is avoided at very slow engine speeds.

Die Oszillationsschaltung 30 zur Erzeugung des Dreieckwellensignals S weist acht Widerstände 138 bis 152, zwei Dioden 154, 156, einen Kondensator 158, zwei Transistoren 160, 162 und einen Operationsverstärker 164 auf.The oscillation circuit 30 for generating the triangular wave signal S has eight resistors 138 to 152, two diodes 154, 156, one capacitor 158, two transistors 160, 162 and an operational amplifier 164.

Die Modulationsschaltung 28 umfaßt einen Operationsverstärker 166.The modulation circuit 28 includes an operational amplifier 166.

Die Erregerschaltung 32 zur Betätigung des elektromagnetischen Ventils 22 ist eine Verstärkerschaltung für das Impulssignal P der Modulationsschaltung 28, die aus zwei Widerständen 168, 170, zwei Transistoren 172, 174, einer Zener-Diode 176 und einer Diode 178 besteht. Das elektromagnetische Ventil 22 weist eine Magnetspule 22 a auf, die durch die Impulse P' der Erregerschaltung 32 erregt werden kann.The excitation circuit 32 for actuating the electromagnetic valve 22 is an amplifier circuit for the pulse signal P of the modulation circuit 28, which consists of two resistors 168, 170, two transistors 172, 174, a Zener diode 176 and a diode 178. The electromagnetic valve 22 has a solenoid 22 a, which can be excited by the pulses P 'of the excitation circuit 32.

Eine positive Spannung Vcc wird an die Steuerschaltung 20 von einer nicht gezeigten Gleichstromquelle über eine Diode 180 zugeführt, die die Schaltung 20 gegen ein Zusammenbrechen in dem Falle schützt, daß die Stromquelle mit der Schaltung 20 mit umgekehrter Polarität verbunden wird. Die Steuerschaltung 20 ist ebenfalls gegen Stoßspannunqen durch einen Varistor 182 geschützt. Wenn der Vergaser 12 und das oben beschriebene ECC-System so eingestellt werden, daß der (überschußluftfaktor > des brennbaren Gemisches bei 1,0 liegt, wird die Schwankung des tatsächlichen Wertes von üblicherweise durch die H#uf1gkeitsverteilungskurve A der Figur 11 wiedergegeben. Diese Kurve A weist eine bestimmte Spitze A 1 an dem vorgegebenen Punkt (1,0) des Wertes auf, und die Häufigkeit dieses Punktes 7 15 % der gesamten Betriebszeit der Maschine. Zum Vergleich zeigt die Häufigkeitsverteilungskurve B der Figur 11 eine typische Änderung des Wertes N bei einem herkömmlichen Vergaser, der so genau wie möglich eingestellt, jedoch nicht mit dem ECC-System versehen ist. In diesem Falle weist die Kurve B die höchste Spitze B1 an einem Punkt auf, bei dem N etwa 0,99 beträgt (A = 0,01) , und außerdem liegt eine weitere bemerkenswerte Spitze B2 bei einem Punkt, an dem etwa 1,02 beträgt. Die Häufigkeit des vorgegebenen Wertes 1,0 von N beträgt nur etwa 4,5 % (bei P3) der gesamten Betriebszeit, während die Häufigkenten der abweichenden Spitzen P1 und P2 etwa 19 % undetwa 8 % betragen.A positive voltage Vcc is applied to the control circuit 20 from a DC power source, not shown, is fed through a diode 180 that makes up the circuit 20 protects against breakdown in the event that the power source is connected to the circuit 20 is connected with reverse polarity. the Control circuit 20 is also protected against surge voltages by a varistor 182. If the Carburetor 12 and the ECC system described above can be adjusted so that the (Excess air factor> of the combustible mixture is 1.0, the fluctuation the actual value of usually through the frequency distribution curve A of Figure 11 reproduced. This curve A has a certain peak A 1 at the given point (1,0) of the value, and the frequency of this point 7 15 % of the total operating time of the machine. For comparison, the frequency distribution curve shows B of FIG. 11 shows a typical change in the value N in a conventional carburetor, which is set as precisely as possible, but not provided with the ECC system. In this case, curve B has the highest peak B1 at a point at the N is about 0.99 (A = 0.01), and there is another notable one Peak B2 at a point that is about 1.02. The frequency of the given The value 1.0 of N is only about 4.5% (at P3) of the total operating time during the frequency of the deviating peaks P1 and P2 are about 19% and about 8%.

Die Verwendung des ECC-Systems führt nicht zu einer Verengung des Streubereiches (von etwa 0,95 bis etwa 1,07) des Wertes jedoch dazu, daß bei oder nicht bei dem vorgegebenen Wert mit einer merklich gesteigerten Häufigkeit oder im wesentlichen Teil der Betriebszeit gehalten wird.Using the ECC system does not narrow the Scatter range (from about 0.95 to about 1.07) of the value, however, means that at or not at the specified value with a noticeably increased frequency or is maintained essentially part of the operating time.

Ein Dreiwege-Katalysator gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt einen körnigen Träger mit o,o7 - o,14 Gew.-t des Katalysators Platin und o,oo4 - o,o35 Gew.-% Rhodium. Der Träger ist ein hitzebeständiges Material wie Aluminiumoxid, Silicium-Dioxid oder ein Aluminium-Silicium-Dioxyd-Material (Aluminium-Silikat) und weist vorzugsweise eine mittlere Teilchengröße innerhalb des Bereiches von 1,5 - 3,5 mm auf. Der Katalysator ist über eine ausreichend lange Zeit wirksam, wenn er in einem Temperaturbereich von 250 - 850 ° C verwendet wird. Die Temperatur in dem katalytischen Konverter 16 kann in diesem Bereich durch bekannte Verfahren gehalten werden, zu denen die Verwendung von Einrichtungen gehört, die die Auspuffgase zeitweilig den Konverter 16 passieren lassen, wenn sie eine zu hohe Temperatur aufweisen. Im Auspuffgas einer Brennkraftmaschine kann ein derartiger Dreiwege-Katalysator am wirksamsten arbeiten, wenn der Überschußluftfaktor A des der Maschine zugeführten brennbaren Gemisches bei 1,o gehalten wird. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist der Einfluß der Größe einer Abweichung bei einem absoluten Wert von von 1,o auf die Wirksamkeit dieses Katalysators untersucht worden und es ist der Einfluß der Länge r einer Zeit geprüft worden, während der a entweder oberhalb oder unterhalb 1,o bei einer zyklischen Änderung von#m 1,o herum verbleibt. Mit T wird folglich die Zeit eines halben Zyklus der zyklischen Änderung bezeichnet.A three-way catalyst according to the present invention includes one granular carrier with o, o7 - o, 14% by weight of the catalyst platinum and o, oo4 - o, o35 Wt% rhodium. The carrier is a heat-resistant material such as aluminum oxide, Silicon dioxide or an aluminum silicon dioxide material (aluminum silicate) and preferably has an average particle size within the range of 1.5 - 3.5 mm. The catalyst is effective for a sufficiently long time if he in one Temperature range of 250 - 850 ° C is used. The temperature in the catalytic converter 16 can be in this range by known Procedures are maintained which include the use of facilities that the exhaust gases temporarily pass the converter 16 when they are too high Have temperature. Such a Three-way catalytic converters work most effectively when the excess air factor A des the combustible mixture fed to the machine is kept at 1.0. As part of the present invention is the influence of the magnitude of a deviation in an absolute Value of 1, o has been studied for the effectiveness of this catalyst and it the influence of the length r has been tested for a time during which a is either above or below 1, o with a cyclical change of # m 1, o remains around. With T is therefore denoted the time of half a cycle of the cyclical change.

Figur 5 zeigt das Ergebnis einer Untersuchung bei einem herkömmlichen Benzinmotor mit einem Hubraum von 2 1. Die Brennkraftmaschine, die im folgenden als Maschine A bezeichnet werden soll, befand sich auf dem niedrigsten Niveau der Konzentration von NOx, HC und CO in den Auspuffgasen, das bei herkömmlichen Maschinen anzutreffen ist. Der Überschußfaktor a wurde gezielt und periodisch um 1,o herum hinsichtlich der Größe der Abweichung und uns des Zeitraumes r geändert. Ein Dreiwege-Katalysator (Katalysator A) aus o,o7 Gew.-% Platin, o,oo4 Gew.-% Rhodium und einem Rest aus einem körnigen Aluminiumoxid-Trägermaterial wurde verwendet. Die Kurve I zeigt die zulässigen Maximalwerte der Größe in A in absoluten Werten und die halbe Zyklusperiode t der Abweichung von ffi von 1,o, wobei 1,4 1 des Katalysators A in enggepackter Anordnung in dem Konverter 16 NOx, HC und CO mit einer Umwandlungsrate von wenigstens 80 % umwandeln. Die Kurven II, III, IV und V veranschaulichen denselben Sachverhalt für diejenigen Fälle, bei denen die Menge des Katalysators A 1,6, 2,4, 3,o und 4,o 1 beträgt. Die Kurve L1 veranschaulicht die Beziehung zwischen T und tt zt , die realisierbar ist, wenn das oben beschriebene ECC-System bei der praktischen Anwendung mit seiner größten Genauigkeit arbeitet. Die Kurve L2 zeigt dieselbe Beziehung, die realisierbar ist, wenn das ECC-System am ungünstigsten arbeitet.Fig. 5 shows the result of an examination in a conventional one Gasoline engine with a displacement of 2 1. The internal combustion engine, which follows to be referred to as machine A, was at the lowest level of the Concentration of NOx, HC and CO in the exhaust gases that occurs in conventional machines is to be found. The excess factor a was targeted and periodic around 1.0 with regard to the size of the deviation and us the period r changed. A three-way catalyst (Catalyst A) composed of 0.07% by weight of platinum, 0.04% by weight of rhodium and a remainder a granular alumina support material was used. The curve I shows the permissible maximum values of the size in A in absolute values and half the cycle period t is the deviation of ffi from 1, o, where 1.4 1 of the catalyst A in tightly packed Arrangement in the converter 16 NOx, HC and CO with a conversion rate of at least Convert 80%. Curves II, III, IV and V illustrate the same situation for those cases where the amount of catalyst A is 1.6, 2.4, 3, o and 4, o 1 is. Curve L1 illustrates the relationship between T and tt zt, which can be realized if the ECC system described above is used in practice with his works with the greatest accuracy. The curve L2 shows the same Relationship that can be realized when the ECC system is working worst.

Wie aus einem Vergleich der Kurven L1 und L2 hervorgeht, ist es praktisch nicht möglich, alle drei Stoffe NOx, HC und CO mit einer Umwandlungsrate von wenigstens 80 % umzuwandeln, wenn die Menge des Katalysators A weniger als 1,4 1 beträgt. Selbst wenn das ECC-System seine beste Wirksamkeit aufweist, ist es notwendig, wenigstens 1,5 1 des Katalysators A zu verwenden. Die Verwendung von 3 1 des Katalysators A oder größererMengen geht jedoch offensichtlich über das notwendige Maß hinaus und ist daher unwirtschaftlich.As can be seen from a comparison of curves L1 and L2, it is practical not possible to use all three substances NOx, HC and CO with a conversion rate of at least Convert 80% when the amount of the catalyst A is less than 1.4 liters. Self when the ECC system is at its best, it is necessary, at least 1.5 1 of the catalyst A to be used. The use of 3 1 of the catalyst A or larger amounts obviously go beyond what is necessary and is therefore uneconomical.

Figur 6 zeigt das Ergebnis desselben Experiments bei einer anderen Brennkraftmaschine B mit 2 1 Hubraum. Die Maschine B wies das höchste Niveau der Konzentration von NOx, HC und CO in dem Auspuffgas auf, das bei herkömmlichen Maschinen gefunden wurde.Figure 6 shows the result of the same experiment in another Internal combustion engine B with 2 1 cubic capacity. The machine B exhibited the highest level of Concentration of NOx, HC and CO in the exhaust gas on conventional engines was found.

Für die Maschine B ist es notwendig, wenigstens 3 1 des Katalysators A für eine zufriedenstellende Abgassteuerung zu verwenden, und zwar auch dann, wenn die Maschine B mit dem ECC-System ausgerüstet ist.For machine B it is necessary to have at least 3 liters of the catalyst A to use for a satisfactory exhaust gas control, even if machine B is equipped with the ECC system.

Die Notwendigkeit der Verwendung einer großen Katalysatormenge ist unpraktisch für die Konstruktion des Auspuff systems. Gelegentlich ist es nicht realisierbar, eine erforderliche Katalysatormenge in einem Konverter unterzubringen.There is a need to use a large amount of catalyst impractical for the construction of the exhaust system. Occasionally it isn't realizable to accommodate a required amount of catalyst in a converter.

Die oben beschriebenen Experimente wurden unter Verwendung eines anderen Dreiwege-Katalysators B wiederholt, der Platin und Rhodium in größeren Mengen enthielt.The experiments described above were performed using a different one Repeated three-way catalyst B, which contained platinum and rhodium in large amounts.

Der Katalysator B besteht aus o,14 Gew.-% Platin, o,o35 Gew.-% Rhodium und im übrigen aus dem Aluminiumoxid-Trägermaterial des Katalysators A.The catalyst B consists of 0.14% by weight of platinum, 0.035% by weight of rhodium and otherwise from the aluminum oxide support material of the catalyst A.

Figur 7 zeigt das Ergebnis für die Maschine A und entspricht Figur 5.FIG. 7 shows the result for machine A and corresponds to FIG 5.

Figur 8 bezieht sich auf die Maschine B und entspricht Figur 6.FIG. 8 relates to machine B and corresponds to FIG. 6.

Aufgrund der verstärkten katalytischen Wirksamkeit des Katalysators B können sowohl NOx, als auch HC und CO in den Auspuffgasen der Brennkraftmaschine B zu wenigstens 80 % unter Verwendung von wenigstens 2,5 1 des Katalysators B umgewandelt werden.Due to the increased catalytic effectiveness of the catalyst B can not only NOx, but also HC and CO in the exhaust gases of the internal combustion engine B converted to at least 80% using at least 2.5 liters of catalyst B. will.

Eine Reihe von Versuchen wurde durchgeführt zur Überprüfung einer allgemeinen Beziehung zwischen dem Hubraum der Brennkraftmaschine und einer notwendigen Menge eines Dreiwege-Katalysators. Jede bei diesen Versuchen verwendete Brennkraftmaschine wurde mit dem ECC-System versehen und so betrieben, daß ein Zyklus des folgenden Musters nacheinander 1omal wiederholt wurde: Zunächst lief die Maschine 1o Sekunden im Leerlauf, sodann wurde in 15 Sekunden auf 40 km/h beschleunigt, 1o Sekunden lang wurde ein Fahrbetrieb von 40 km/h eingestellt, sodann wurde in 15 Sekunden auf Leerlauf verzögert, und anschließend lief die Maschine 1o Sekunden im Leerlauf.A number of experiments were carried out to verify one general relationship between the displacement of the internal combustion engine and a necessary one Amount of a three-way catalyst. Any internal combustion engine used in these experiments was provided with the ECC system and operated so that one cycle of the following Pattern was repeated 10 times in succession: First the machine ran 10 seconds idling, then accelerated to 40 km / h in 15 seconds, for 10 seconds a driving mode of 40 km / h was set, then it was idling in 15 seconds delayed, and then the machine idled for 10 seconds.

Die Maschine wies beide Katalysatoren, den Katalysator A (geringe Konzentration von Verunreinigungen in dem Auspuffgas) und den Katalysator B (hohe Konzentration) auf. Drei unterschiedlich zusammengesetzte Katalysatoren wurden verwendet: Der Katalysator A, der Katalysator B und ein weiterer Katalysator C, der sich von den Katalysatoren A und B dadurch unterschied, daß er o,o85 Gew. % Platin und o,o14 Gew.-% Rhodium enthielt.The machine rejected both catalysts, catalyst A (low Concentration of impurities in the exhaust gas) and the catalyst B (high Concentration on. Three differently composed catalysts were used: The catalyst A, the catalyst B and another catalyst C, which is from the catalysts A and B differed in that it was o, o85% by weight of platinum and o, o14 Contained wt .-% rhodium.

Die Ergebnisse dieser Untersuchungen sind in Figur 9 wiedergegeben.The results of these investigations are shown in FIG.

In Figur 9 beziehen sich schwarze Kreise, weiße Kreise und weiße Quadrate auf die Katalysatoren A, B und C, und die Buchstaben A und B beziehen sich auf den Maschinentyp. Jeder Kreis oder jedes Quadrat geben die notwendige Menge des Katalysators zum Umwandeln der drei Bestandteile NOx, HC und CO mit zumindest 80 % für jede der Maschinen an. Figur 9 zeigt, daß ein Dreiwege-Katalysator im Allgemeinen in einem Volumen verwendet werden sollte, das 80 -150 % des Hubraumes der Maschine entspricht. Die Linien F1 und F2 geben 80 und 150 % des Hubraumes wider.In Fig. 9, black circles, white circles, and white squares refer to to catalysts A, B and C, and the letters A and B refer to the Machine type. Each circle or square gives the necessary amount of catalyst for converting the three components NOx, HC and CO with at least 80% for each of the Machines on. Figure 9 shows that a three-way catalyst in General should be used in a volume that is 80-150% of the engine capacity is equivalent to. Lines F1 and F2 show 80 and 150% of the displacement.

Figur 1o zeigt Änderungen der Umwandlungsraten für NOx und HC bei einem Dreiwege-Katalysator der oben beschriebenen Art bei Änderungen des Platin- und Rhodium-Gehalts, die sich ergeben, wenn eine Brennkraftmaschine B mit 2 1 Hubraum, die mit dem ECC-System und 1,6 1, das heißt 80 % des Hubraums eines Katalysators in der oben beschriebenen Weise wiederholt zwischen Leerlauf, Beschleunigung auf 40 km/h, Fahrbetrieb, Verzögerung und Leerlauf betrieben wird. Die Umwandlungsrate von NOx hängt ab von dem Rhodium-Gehalt des Katalysators und steigt mit diesem. Die Umwandlungsrate von HC und ebenso von CO steigt mit dem Platin-Gehalt. Wie aus Figur 1o hervorgeht, sollte der Rhodium-Gehalt des Katalysators wenigstens o,oo4 Gew.-% betragen, wenn eine Umwandlungsrate für NOx von 80 % gewährleistet werden soll. Es läßt sich jedoch keine Steigerung der Umwandlungsrate von NOx erzielen, wenn der Rhodium-Gehalt über o,o35 Gew.-% hinaus erhöht wird. Unter weiterer Berücksichtigung des hohen Preises von Rhodium liegt ein bevorzugter Bereich des Rhodium-Gehalts des Dreiwege-Katalysators zwischen o,oo4 und o,o35 Gew.-% des Katalysators.FIG. 10 shows changes in the conversion rates for NOx and HC at a three-way catalytic converter of the type described above in the event of changes in the platinum and rhodium content, which result when an internal combustion engine B with 2 1 cubic capacity, those with the ECC system and 1.6 l, i.e. 80% of the capacity of a catalytic converter repeated in the manner described above between idling, acceleration on 40 km / h, driving mode, deceleration and idling. The conversion rate of NOx depends on the rhodium content of the catalyst and increases with it. The conversion rate of HC and also of CO increases with the platinum content. How out FIG. 10 shows, the rhodium content of the catalyst should be at least 0.04 % By weight if a conversion rate for NOx of 80% can be ensured target. However, no increase in the conversion rate of NOx can be achieved, when the rhodium content is increased beyond 0.035% by weight. With further consideration the high price of rhodium is a preferred range of rhodium content of the three-way catalyst between 0.04 and 0.035 wt .-% of the catalyst.

Der Platin-Gehalt sollte bei wenigstens o,o7 Gew.-% liegen, damit eine Umwandlung des HC bis zu wenigstens 80 % erreicht wird. Im Hinblick auf die Tatsache, daß die Umwandlungsrate für HC bei einem Platin-Gehalt von o,14 Gew.-% im wesentlichen einen Maximalwert erreicht, ist es vernünftig und wirtschaftlich, die obere Grenze des Platin-Gehalts bei diesem Wert von o,14 Gew.-% festzulegen.The platinum content should be at least 0.07 wt% so a conversion of the HC up to at least 80% is achieved. In terms of The fact that the conversion rate for HC at a platinum content of 0.14% by weight substantially reaches a maximum value, it is reasonable and economical to determine the upper limit of the platinum content at this value of 0.14 wt .-%.

Bei einer besseren Maschine als der Maschine A kann eine Umwandlungsrate von 80 % und darüber für NOx, HC und CO auch dann erzielt werden, wenn ein geringerer Rhodium- und/oder Platin-Gehalt verwendet wird. Aus der vorangegangenen Beschreibung geht hervor, daß die Umwandlung von NOx, HC und CO in größerem Maße erfolgen kann, wenn die Menge des Dreiwege-Katalysators und der Rhodium- und Platin-Anteile erhöht wird. Der Rhodium-und Platin-Gehalt sollte jeweils innerhalb der oben angegebenen Bereiche liegen, so daß die Gesamtmenge von Rhodium und Platin, die für eine Brennkraftmaschine benötigt wird, möglichst gering ist.With a better machine than machine A, a conversion rate of 80% and above for NOx, HC and CO even then be achieved, if a lower rhodium and / or platinum content is used. From the previous one Description indicates that the conversion of NOx, HC and CO to a greater extent can be done if the amount of three-way catalyst and the rhodium and platinum fractions is increased. The rhodium and platinum content should each be within those specified above Ranges so that the total amount of rhodium and platinum required for an internal combustion engine is required, is as low as possible.

Gemäß Figur 12 ist die Brennkraftmaschine 1o mit einem EFI-System versehen. Bei diesem System wird das brennbare Gemisch durch Einspritzen von Brennstoff durch eine elektrisch gesteuerte Einspritzvorrichtung 190 in Luft erzeugt,die durch ein Ansaugrohr 13 strömt. Das EFI-System umfaßt den Sauerstoffsensor 18 als Beispiel für einen Abgassensor, eine Steuerschaltung 192 zur Erzeugung eines Steuersignals entsprechend dem Ausgangssignal des Sensors 18 und eine arithmetische Operationsschaltung 194, die ein Ausgangssignal zur Steuerung der Arbeitsweise der Einspritzvorrichtung 190 auf der Basis des Ausgangssignals der Steuerschaltung 192 und verschiedener anderer Signale erzeugt, die für den Betriebs zustand der Brennkraftmaschine repräsentativ sind, wie etwa der Durchsatz der angesaugten Luft, der öffnungsgrad der Drosselklappe 15, die Maschinendrehzahl, die Maschinentemperatur, die angezeigt werden kann durch die Temperatur des Kühlwassers, des Schmieröls, des Zylinderblocks oder des Auspuffgases, und der Ansaugunterdruck.According to FIG. 12, the internal combustion engine 1o has an EFI system Mistake. In this system, the combustible mixture is created by injecting fuel generated by an electrically controlled injector 190 in air, which by a suction pipe 13 flows. The EFI system includes the oxygen sensor 18 as an example for an exhaust gas sensor, a control circuit 192 for generating a control signal corresponding to the output of the sensor 18 and an arithmetic operation circuit 194 which is an output signal for controlling the operation of the injector 190 based on the output of the control circuit 192 and various others other signals are generated that are representative of the operating state of the internal combustion engine are, such as the throughput of the sucked in air, the degree of opening of the throttle valve 15, the machine speed, the machine temperature that can be displayed by the temperature of the cooling water, the lubricating oil, the cylinder block or the exhaust gas, and the suction vacuum.

Wie in Figur 13 gezeigt ist, umfaßt die Steuerschaltung 192 eine Abweichungs-Abtastschaltung 24, die das Signal D gemäß Figur 3 b entsprechend dem Ausgangssignal E des Sauerstoffsensors 18 erzeugt, und eine Steuersignalschaltung 26, die das Steuersignal C gemäß Figur 3 c erzeugt.As shown in Figure 13, the control circuit 192 includes a deviation sensing circuit 24, the signal D according to Figure 3 b corresponding to the output signal E of the oxygen sensor 18 generated, and a control signal circuit 26, which generates the control signal C according to FIG 3 c generated.

Figur 14 ist ein Blockdiagramm eines Beispiels der arithmetischen Operationsschaltung 194. Ein Maschinendrehzahl-Sensor 196 des EFI-Systems erzeugt ein Impulssignal R pro UmlrellllncJ de!r Kurbelwelle. Dic Dauer des Impulses li ist nicht konstant, sondern sie steht in bestimmtem Verhältnis zu dem Kehrwert der Drehzahl N der Kurbelwelle. Beispielsweise zeigt die obere Darstellung in Figur 15 den Fall, bei dem die Dauer des Impulses R 3 x 1 betrags. Eine Konstantstrom-Ladungs-3 N schaltung 200 der Operationsschaltung 194 ninmt dieses Impulssignal R auf und lädt einen Kondensator 202 mit einem konstanten Strom bei Aufnahme der Impulse R. Folglich bildet sich eine Spannung V1 an dem Kondensator 202, deren Größe proportional 1.Figure 14 is a block diagram of an example of the arithmetic Operational circuit 194. An engine speed sensor 196 of the EFI system is generated one pulse signal R per revolving unit of the crankshaft. The duration of the impulse left is not constant, but it is in a certain proportion to the reciprocal of the Speed N of the crankshaft. For example, the upper representation in FIG 15 the case in which the duration of the pulse R is 3 x 1. A constant current charge 3 N circuit 200 of the operation circuit 194 picks up this pulse signal R and charges a capacitor 202 with a constant current when receiving pulses R. As a result, a voltage V1 is formed across the capacitor 202, the magnitude of which is proportional 1.

zu dem Wert Ñ ist. Ein Ansaugluftsensor 198 des EFI-Systems er-N zeugt eine Ausgangsspannung VQ, deren Größe beispielsweise proportional zu dem Kehrwert der Luftmenge Q ist, die der Brennkraftmaschine 1o pro Zeiteinheit zugeführt wird. Diese Ausgangsspannung VQ gelangt an eine spannungsregulierende Konstantstrom-Entladungsschaltung 204 der Operatlonsschaltung 194, die eine Entladung des Kondensators 202 bewirkt, wenn die Impulse R nicht mehr auftreten. In diesem Falle ist der Entladungsstrom der Entladungsschaltung 204 proportional zu der Ausgangsspannung VQ des Ansaugluftsensors 198.to the value Ñ is. An EFI system intake air sensor 198 generates-N an output voltage VQ, the size of which is proportional to the reciprocal value, for example is the amount of air Q supplied to the internal combustion engine 1o per unit of time. This output voltage VQ is applied to a voltage regulating constant current discharge circuit 204 of the operating circuit 194, which causes a discharge of the capacitor 202, when the pulses R no longer occur. In this case, the discharge current is of the discharge circuit 204 in proportion to the output voltage VQ of the intake air sensor 198

Das Impulssignal R gelangt ebenfalls an die Einstellklemme S einer Flip-Flop-Schaltung 206, so daß die Flip-Flop-Schaltung 206 eine Spannung V erzeugt, wenn die Impulse R jeweils ausfallen. Diese p Ausgangsspannung V dient als Grundsignal, das die Einspritzvorp richtung 190 in Betrieb hält. Die Spannung V1 an dem Kondensator 202 gelangt an eine Vergleichsschaltung 208, die eine nicht gezeigte Schaltung zur Erzeugung eines Vergleichssignals aufweist und ein Ausgangssignal erzeugt, wenn die Spannung V1 unter dieser Vergleichs spannung liegt. Das Ausgangssignal der Vergleichsschaltung 208 wird an die Rückstellklemme der Flip-Flop-Schaltung 206 abgegeben, so daß das Spannungssignal Vp ausfallen kann. Die Spannung V1 an dem Kondensator 202 ist proportional zu und sie weist eine Wellenform auf, wie die mittlere Darstellung in Figur 15 zeigt. Das Spannungssignal Vp hat die Form eines Impu1 signals gemäß der unteren Darstellung in Figur 15. Die Dauer des Impulses Vp ist proportional zu Q/N.The pulse signal R also reaches the setting terminal S one Flip-flop 206 so that the flip-flop 206 generates a voltage V, when the pulses R fail. This p output voltage V serves as the basic signal, which keeps the injection device 190 in operation. The voltage V1 across the capacitor 202 reaches a comparison circuit 208, which is a circuit not shown for Having generating a comparison signal and generating an output signal when the voltage V1 is below this comparison voltage. The output of the comparison circuit 208 is applied to the reset terminal of the flip-flop circuit 206 so that the Voltage signal Vp can fail. The voltage V1 across capacitor 202 is proportional and it has a waveform as shown in the middle diagram in FIG. The voltage signal Vp has the form of a pulse signal according to the lower representation in FIG. 15. The duration of the pulse Vp is proportional to Q / N.

Eine Konstantstromschaltung 21O nimmt das Impulssignal V auf p und erzeugt ein Stromsignal entsprechend einem Signal, das von einer Stromregelschaltung 212 zugeführt wird, während sie jeweils die Impulse Vp aufnimmt. Das Steuersignal C, das durch die Steuersignalschaltung 26 erzeugt wird, gelangt an die Stromregelschaltung 212. Weiterhin gelangen eines oder mehrere Signale F, die jeweils einen bestimmten Faktor in Bezug auf den Betriebszustand der Maschine lo, beispielsweise die Maschinentemperatur und/oder den öffnungsgrad der Drosselklappe 15 repräsentieren, an die Stromregelschaltung 212. Das Ausgangssignal der Stromregelschaltung 212 ändert sich entsprechend diesen Eingangssignalen. Eine Integrationsschaltung 214 nimmt das Ausgangssignal der Konstantstromschaltung 21O auf und integriert das aufgenommene Signal. Während das Impulssignal V und damit das Ausgangssignal der Konstantstromschaltung p 21O fehlen, entlädt die Integrationsschaltung 214 das integrierte Signal an eine Impulserzeugerschaltung 216.Wenn das Ausgangssignal der Integrationsschaltung 214 größer als ein vorgegebener Wert ist, erzeugt die Impulserzeugerschaltung 216 ein Impulssignal, das die Einspritzvorrichtung 19O in Betrieb hält.A constant current circuit 210 takes the pulse signal V into p and generates a current signal according to a signal received from a current control circuit 212 is supplied while receiving the pulses Vp, respectively. The control signal C generated by the control signal circuit 26 is applied to the current control circuit 212. Furthermore, one or more signals F arrive, each with a specific Factor relating to the operating state of the machine lo, for example the machine temperature and / or represent the degree of opening of the throttle valve 15, to the flow control circuit 212. The output of the current regulating circuit 212 changes accordingly Input signals. An integration circuit 214 takes the output of the constant current circuit 21O and integrates the recorded signal. While the pulse signal V and thus the output signal of the constant current circuit p 210 is missing, the integration circuit discharges 214 the integrated signal to a pulse generating circuit 216. When the output signal of the integration circuit 214 is larger than a predetermined value, generates the Pulse generating circuit 216 supplies a pulse signal that injector 19O in FIG Operation stops.

Wie zuvor angegeben wurde, ermöglicht es ein derartiges EFI-System, den Überschußfaktor & des brennbaren Gemisches innerhalb des Bereiches von o,97 - 1,o5 zu halten, wenn der vorgegebene Wert von ß 1,o beträgt. Die Arbeitsweise des EFI-Systems ist widergegeben durch die Häufigkeitsverteilungskurve A' in Figur 16, die denselben Bedingungen wie im Falle der Häufigkeitsverteilungskurven der Figur 11 entspricht. Eine einzige Spitze der Kurve A' erscheint exakt an dem vorgegebenen Wert von t von 1,o und entspricht einer Häufigkeit von etwa 38 %. Die Häufigkeitsverteilung der Kurve B' der Figur 16 repräsentiert die Arbeitsweise eines herkömmlichen Vergasers, der möglichst genau eingestellt ist, jedoch kein ECC-System aufweist.As previously indicated, such an EFI system enables the excess factor & of the combustible mixture within the range of o.97 - Hold 1, o5 if the specified value of ß is 1, o. The way of working of the EFI system is represented by the frequency distribution curve A 'in FIG 16, which have the same conditions as in the case of the frequency distribution curves of the Figure 11 corresponds. A single peak of the curve A 'appears exactly at the predetermined one Value of t of 1.0 and corresponds to a frequency of about 38%. The frequency distribution the curve B 'of Figure 16 represents the mode of operation of a conventional carburetor, which is set as precisely as possible, but does not have an ECC system.

Figur 17 zeigt denselben Sachverhalt wie Figur 5 in Bezug auf <Ii.c' Maschine A, die mit dem LIl-System und einem Katalysator A ausgerüstet ist. In diesem Fall ist es notwendig, wenigstens 1,6 1 des Katalysators A zur Umwandlung von NOx, HC und CO zu wenigstens 80 % zu verwenden.Figure 17 shows the same facts as Figure 5 with regard to <Ii.c ' Machine A, which is equipped with the LII system and a catalytic converter A. In this If it is necessary to use at least 1.6 1 of the catalyst A for the conversion of NOx, To use HC and CO to at least 80%.

Figur 18 veranschaulicht denselben Sachverhalt in Bezug auf eine Kombination der Maschine B und des Katalysators A. In diesem Fall sind mehr als 3 1 des Katalysators A erforderlich.FIG. 18 illustrates the same situation with regard to a combination of the engine B and the catalytic converter A. In this case, there are more than 3 liters of the catalytic converter A required.

Die Versuche wurden ergänzt durch die Verwendung eines Katalysators B mit o,14 Gew.-% Platin, o,o29 Gew.-% Rhodium und im übrigen dem oben beschriebenen Aluminiumoxid-Träger. Figur 19 zeigt das Er-Ergebnis für die Maschine A und Figur 20 bezieht sich auf die Maschine B. Im Fall des Katalysators D für die Maschine B kann die angestrebte Umwandlungsrate für NOx, HC und CO von 80 % durch Verwendung von 3 1 des Katalysators erreicht werden.The experiments were supplemented by the use of a catalyst B with 0.14% by weight of platinum, 0.029% by weight of rhodium and, for the rest, that described above Alumina carrier. FIG. 19 shows the Er result for machine A and FIG 20 relates to the engine B. In the case of the catalytic converter D for the engine B can achieve the target conversion rate for NOx, HC and CO of 80% by using of 3 1 of the catalyst can be achieved.

Figur 21 zeigt die Beziehung zwischen dem Hubraum der Maschine und dem notwendigen Volumen eines Dreiwege-Katalysators, wie sie sich in einer Reihe von Experimenten ergeben hat, die zuvor mit Bezug auf Figur 9 erläutert wurden, ausgenommen, daß das ECC-System durch das EFI-System ersetzt ist. Gemäß Figur 21 beziehen sich die schwarzen Kreise und die weißen Quadrate auf die Katalysatoren A und C, wie es in Figur 9 der Fall ist, und die schwarzen Quadrate repräsentieren den Katalysator D. Wie in dem Diagramm gezeigt ist, sollte ein Dreiwege-Katalysator im Allgemeinen in einem Volumen verwendet werden, das 80 - 150 % des Hubraums der Brennkraftmaschine entspricht, und zwar auch dann, wenn die Maschine mit dem EFI-System ausgerüstet ist.Figure 21 shows the relationship between the engine displacement and the necessary volume of a three-way catalytic converter as they are in a row from experiments that were previously explained with reference to Figure 9, except that the ECC system has been replaced by the EFI system. According to Figure 21 the black circles and the white squares refer to the catalysts A and C, as is the case in Figure 9, and represent the black squares the catalyst D. As shown in the diagram, should be a three-way catalyst Generally used in a volume that is 80-150% of the displacement of the Internal combustion engine corresponds, even if the machine with the EFI system is equipped.

Figur 22 entspricht Figur 1o in Bezug auf die Maschine B mit einem EFI-System. Auch in diesem Fall muß der Rhodium-Gehalt des Dreiwege-Katalysators wenigstens o,oo4 Gew.-% betragen. Es ist jedoch ohne Bedeutung, wenn der Rhodium-Gehalt über o,29 Gew. -% erhöht wird, da sich in diesem Fall keine wesentliche Erhöhung d# tnwandlungsrate für NOx ergibt. Der Platin-Gehalt muß wenigstens o,o7 Gew.-% betragen und wird vorzugsweise auf o,14 Gew.-% als Maximalwert begrenzt.Figure 22 corresponds to Figure 1o with respect to the machine B with a EFI system. In this case too, the rhodium content of the three-way catalyst must be be at least 0.04% by weight. However, it does not matter if the rhodium content is increased above 0.29% by weight, since in this case there is no significant increase d # conversion rate for NOx results. The platinum content has to be at least o, o7 wt .-% and is preferably limited to 0.14 wt .-% as a maximum value.

Claims

P a t e n t a n t a n t r u c h e 1. Method of simultaneous removal of nitrogen oxides, hydrocarbons and carbon monoxide from the exhaust gases of an internal combustion engine, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that one has the excess air factor of a the internal combustion engine supplied mixture of air and a hydrocarbon fuel in the range of 0.95 to 1.0 and that the exhaust gas is kept at temperatures between 250 and 850 ° C with a catalyst in contact treatment that essentially from o, o7 - o, 14 wt .-% platinum, o, oo4 - o, o35 wt .-% rhodium and the rest of one granular, heat-resistant carrier material from the group aluminum oxide, silicon oxide and aluminum silicate.

2. The method according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the excess air factor is controlled in such a way that it changes periodically around the value 1, o in the range of o, 95 - 1, lo experiences, provided it is not constant is at 1, o, and that the time of the half cycle of the change in the excess air factor, while this is either above or below 1.0, in the range of 0.2 - dials for 5 seconds.

3. The method according to claim 2, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the total volume of the catalyst is in the range of 80 - 150 e of the cubic capacity the internal combustion engine.

4. The method according to claim 3, d a d u r c-h g e k e n n -z e i c h n e t that the support material consists of aluminum oxide and has an average particle size in the range of 1.5-3.5 mm.

5. The method according to any one of the preceding claims, d a -d u r c h g It is not stated that one can determine the concentration of a constituent of the exhaust gas which measures a dependence on the excess air factor consumed by the machine Mixture of air and hydrocarbon fuel has that an electric Control signal generated according to the measured concentration and that one this Control signal as a feedback signal when controlling the excess air factor used.

6. The method according to claim 5, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the excess air factor is regulated by controlling at least one the flows of air through an air nozzle of a carburetor or fuel a fuel passage of the carburetor using at least one electromagnetic Valve whose mode of operation corresponds to the electrical control signal.

7. The method according to claim 6, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the time of the half cycle is in the range of 0.3-0.5 seconds.

8. The method according to any one of claims 5-7, d a d u r c h g e k It is noted that the excess air factor is regulated by control of the throughput of an injection device, according to the control signal, the fuel to air that is drawn in through an intake pipe of the machine.

9. The method according to claim 8, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the excess air factor is kept in the range 0.97-1.05.

10. The method according to claim 9, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the catalyst consists essentially of o, o7 - o, 14 wt .-% platinum, o, oo4 - 0.029% by weight of rhodium and the rest of aluminum oxide.

11. The method according to claim 5, d a d u r c h g e k e n n -z e i c That is, the exhaust gas constituent being sensed is oxygen.

12. Device for performing the method according to one of the preceding Claims, with an internal combustion engine, an electrically controllable device for dosing and adjusting a mixture of air and hydrocarbon fuel for the machine and a catalytic converter in the exhaust line of the machine, it is noted that the catalytic converter is a catalytic converter contains, which consists essentially of o, o7 - o, 14 wt .-% platinum, o, oo4 - o, o35 wt .-% Rhodium and otherwise from a granular, heat-resistant carrier material from the The group consists of aluminum oxide, silicon oxide and aluminum silicate and at the same time the reduction of nitrogen oxides and the oxidation of hydrocarbons and carbon monoxide catalyzed at temperatures between 250 and 850 ° C, and by a feedback system to control the operation of the device for metering the air-fuel mixture in such a way that the excess air factor of the mixture is in the range of o, 95 - I, io which feedback system is an exhaust gas sensor (18) in the exhaust line upstream of the catalytic converter (16) for generating an electrical Signal corresponding to the concentration of a component of the exhaust gas, which Concentration depends on the excess air factor, and an electronic control circuit (20) comprises which a control signal for regulating the dosing device accordingly generated this signal.

13. The apparatus of claim 12, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the device (12, 190) for metering air from fuel and the control circuit (20, 192) are set so that the over shot air factor experiences a periodic change around 1. o in the range of o.95 - 1.10, if it does not remain at 1, o, and that the period of a half cycle of change, during that the excess air factor remains either above or below 1.0, in the range from 0.2 to 0.5 seconds.

14. The apparatus of claim 13, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the total volume of the catalyst is in the range of 80 to 150% of the Displacement of the internal combustion engine (lo) is.

15. The apparatus of claim 14, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the metering device for air and fuel is a carburetor (12) and that the feedback control is at least one electromagnetic valve (22) arranged to be at least one of the streams of air through an air nozzle of the carburetor or the fuel through a fuel duct of the carburetor according to the control signal.

16. The apparatus of claim 15, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the electrical control circuit (20) is a deviation sensing circuit (24) for sensing the deviation of the amplitude of the electrical signal from the exhaust gas sensor (18) with respect to a predetermined amplitude and for generating a first pulse signal with variable frequency and variable pulse duration according to the period each cycle of the periodic deviation of the electrical signal from the predetermined one Amplitude, a control signal circuit (26) to generate a primary Control signal by integrating and / or multiplying the first pulse signal, an oscillation circuit (30) for continuously generating an oscillating Signal and a modulation circuit (28) for modulating the oscillation signal to a secondary pulse signal with variable pulse duration according to the comprises primary control signal, the secondary pulse signal as a control signal is used to control the operation of the electromagnetic valve (22).

17. The apparatus of claim 16, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the exhaust gas sensor is an oxygen sensor (18) in concentration cell design is.

18. The apparatus of claim 16, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the period of the half cycle is in the range of 0.3 - 0.5 sec.

19. The apparatus of claim 14, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the metering device for air and fuel is an injection device (190) that injects fuel into air entering the intake manifold of the engine entry.

20. The apparatus of claim 19, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the feedback control to generate an intake air sensor (198) a second electrical signal corresponding to the reciprocal of that of the machine pro Time unit supplied amount of air and an engine speed sensor (196) for generation a third electrical signal corresponding to the reciprocal of the speed of the machine comprises, and that the electronic control circuit (192) is designed in such a way that you Control signal also this second and third electrical Signal corresponds.

21. The device according to claim 20, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the electronic control circuit (192) is a deviation sensing circuit (24) for sensing the deviation of the amplitude of the electrical signal from the exhaust gas sensor of a predetermined amplitude value and for generating a first pulse signal with variable frequency and variable pulse duration according to the period each cycle of a periodic deviation of the electrical signal from the predetermined one Amplitude, a control signal circuit (26) for generating a primary control signal by integrating and / or multiplying the first pulse signal, a charge and discharge circuit (200, 204) having a capacitor (202) which is intermittent is charged with a voltage proportional to the amplitude of the third electrical Signal, and intermittently emits a current proportional to the amplitude the second electrical signal is a flip-flop circuit (206) for generating a fourth voltage signal when triggered by the third electrical signal, a comparison circuit (208) for generating a signal to reset the Flip-flop circuit (206) for interrupting the generation of the fourth voltage signal, if the voltage on the capacitor (202) is below a comparison voltage, so that the fourth voltage signal is in the form of a pulse signal with variable pulse duration proportional to the amplitude of the third electrical signal and inversely proportional to the amplitude of the second electrical signal assumes, and a pulse generating circuit (216) comprising a further pulse signal corresponding to the fourth voltage signal and according to the primary Control signal generated, which further Pulse signals as a control signal for controlling the operation of the injection device (190) is used.

22. The device according to claim 21, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the pulse generating circuit (216) is constructed so that the other The pulse signal can also be changed in accordance with a fifth electrical signal which corresponds to the opening degree of a throttle valve in the intake pipe, and corresponding to a sixth electrical signal that relates to the temperature of the internal combustion engine going back.

23. The device according to claim 21, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the exhaust gas sensor is an oxygen sensor in concentration cell design is.

24. The device according to claim 21, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the catalyst consists essentially of o, o7 - o, 14 wt .-% platinum, o, oo4 - 0.029 wt .-% rhodium and the rest of a support material made of aluminum oxide consists.